Die globale Photovoltaikindustrie kann mit der Errungenschaft von JinkoSolar zusammen mit seinen Partnern und Forschungseinrichtungen einen wichtigen Erfolg feiern: die Aufstellung des ersten zertifizierten Weltrekords für die Effizienz von Solarzellen im industriellen Maßstab. Der Weltrekord ist das Ergebnis einer einzelnen TOPCon-Solarzelle der Größe M10, die von den Mitarbeitern von JinkoSolar entwickelt wurde und für die ein maximaler Stromumwandlungswirkungsgrad von 26,66 % zertifiziert wurde. Die erzielte Effizienz ermöglicht es dem Unternehmen daher, die Effizienzlücke zu schließen, die mit Massenprodukten und dem theoretischen Maximum erzielt wird.
Darüber hinaus wurde die Entwicklung dieser Zelle von einem akkreditierten Testlabor in China unabhängig getestet und verifiziert und hat zum höchsten gemeldeten Effizienzwert geführt, der bisher mit einer TOPCon-Solarzelle im industriellen Maßstab erzielt wurde, was den Weg für die Kommerzialisierung hocheffizienter Solartechnologien ebnet.
Kollaborative Exzellenz: Vom Labor zur Fab
Ein neues Rekordhaltergerät wurde durch eine Partnerschaft von Forschern von JinkoSolar und dem Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) innerhalb der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sowie mit Forschern der Soochow University und der China Jiliang University entwickelt.
Die technischen Aspekte der Innovation wurden in Nature Energy in einem Artikel mit dem Titel „Dual-side Electrical Refinement Enables Efficient Industrial Tunnel Oxide Passivating Contact Silicon Solar Cells“ dokumentiert, geschrieben von Zhenhai Yang et al., mit Professor Jichun Ye als korrespondierendem Autor.
Technische Innovation: Eine zweiseitige Verfeinerungsstrategie
Das Forschungsteam verwendete einen M10-Wafer mit einer effektiven Fläche von 313,3 cm², der vollständig den modernen industriellen Produktionsstandards entspricht und sicherstellt, dass die erzielten Ergebnisse direkt auf Fertigungsumgebungen übertragbar sind.
Der zentrale Durchbruch liegt in einer umfassenden Strategie zur zweiseitigen elektrischen Optimierung, die langjährige Einschränkungen in der TOPCon-Zellenarchitektur angeht.
Auf der Vorderseite implementierten die Forscher Boremitter mit hohem -Schichtwiderstand- (ca. 430 Ω/sq) in Kombination mit optimierten Gitterdesigns. Dieser Ansatz verbessert die Oberflächenpassivierung erheblich, indem er die Konzentration und Diffusionstiefe des aktiven Bors verringert und so die Auger-Rekombination mit dem Siliziumsubstrat minimiert. Die verbesserte Passivierung zeigt sich in einer Erhöhung der effektiven Lebensdauer der Minoritätsträger von 0,70 ms auf 1,12 ms und einer Verringerung der Rekombinationsstromdichte von ~9 fA/cm² auf ~5 fA/cm².
Um den erhöhten Kontaktwiderstand zu kompensieren, der mit Emittern mit hohem -Schichtwiderstand- verbunden ist, optimierte das Team das Frontgitterdesign, indem es den Fingerabstand von 1.120 μm auf etwa 825 μm reduzierte und die Fingerbreite von ~20 μm auf ~10 μm verkleinerte. Diese Optimierung kompensiert nicht nur Trägertransportverluste, sondern reduziert auch die optische Schattierung und den Silberpastenverbrauch.
Auf der Rückseite stellte das Team eine neuartige doppelschichtige Tunneloxid-/Polysiliziumstruktur vor, die die durch Metallisierung hervorgerufene Verschlechterung abschwächen soll. Transmissionselektronenmikroskopie und energiedispersive Spektroskopieanalyse ergaben, dass in herkömmlichen Einzelschichtproben Silberatome die Polysiliziumschicht vollständig durchdringen und das Siliziumsubstrat infiltrieren. Im Gegensatz dazu blockiert die Doppelschichtstruktur -effektiv die Diffusion von Silber. -Die äußere Polysiliziumschicht stoppt das Eindringen von Silber weitgehend, während die innere Oxidschicht zusätzlich verhindert, dass Silber in das Substrat eindringt.
Die innere Polysiliziumschicht der Solarzelle weist einen höheren Kristallinitätsgrad sowie eine verringerte Korngrenzendichte auf. Darüber hinaus bietet die äußere oder amorphe Schicht der Solarzelle einen kontrollierten Diffusionskanal für das Silber, um die Oberflächenstruktur der Solarzelle zu modifizieren und so die Bildung „ohmscher“ Kontakte zu ermöglichen. Diese innovativen Änderungen im Design der Solarzelle erhöhten die effektive Lebensdauer der Minoritätsträger (von 3,54 ms auf 5,87 ms) und erhöhten die implizite Leerlaufspannung (von 752 mV auf 757 mV).
Zeichnen Sie-aktuelle Leistungsmetriken auf
Unter Standardtestbedingungen lieferte die TOPCon-Solarzelle der Größe M10 außergewöhnliche Leistungswerte:
Leistungsumwandlungseffizienz: 26.66%
Leerlauf-Spannung (Voc):744,6 mV
Füllfaktor (FF): 85.57%
Kurzschluss-Stromkreis:13,109 mA
Laut Professor Ye, dem Hauptautor der Studie, „hat das Gerät 83,8 % der theoretischen Effizienzgrenze erreicht und übertrifft damit herkömmliche TOPCon-Solarzellen.“ Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber der relativen elektrischen Leistung früherer TOPCon-Zellen von 91,6 % dar und nähert sich dem Niveau der fortschrittlichsten Silizium-Heterojunction-Technologie.
Verbesserte Bifazialität für reale-Leistung
Eine wichtige Neuerung ist die lokale Ausdünnung der hinteren Polysiliziumschicht in den nicht-metallisierten Bereichen der Zellen. Das Team konnte die Quanteneffizienz der Zelle bei Beleuchtung von hinten steigern, indem es die Polysiliziumdicke in diesen Bereichen von 100 nm auf 40 nm reduzierte.
Die experimentellen Daten zeigten, dass die Verdünnung von Polysilizium zu einem Anstieg der Kurzschlussstromdichte von 2,88 mA/cm² führt, wenn die Zelle von hinten beleuchtet wird. Die optischen Simulationen zeigten, dass mit jeder Verringerung der Polysiliziumdicke um 10 nm die parasitären Absorptionsverluste um etwa 0,40 mA/cm² sinken und die effektive Absorption im Siliziumsubstrat um etwa 0,32 mA/cm² zunimmt.
Dadurch erhöhte sich die Bifazialität der Zelle von 83,4 % auf 88,3 %, was die potenzielle Energieausbeute in tatsächlichen Situationen, in denen die Sammlung von rückseitigem Licht zur Gesamtmenge der erzeugten Energie beiträgt, erheblich steigert.
Roadmap zu 28 % und mehr
Um auf diesem Rekord aufzubauen, ist JinkoSolar auch weiterhin führend in der TOPCon-Technologie, da das Unternehmen den Laborweltrekord einer TOPCon-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 27,02 % aufgestellt hat, der von NPVM in China bestätigt wurde. JinkoSolar konnte mit seinem neuesten, vom TÜV SÜD zertifizierten TOPCon-Modul außerdem einen maximalen Wirkungsgrad der Stromumwandlung von 25,58 % erreichen. Um die Entwicklung seiner Technologie voranzutreiben, hat JinkoSolar eine langfristige Technologie-Roadmap entwickelt. JinkoSolar hat in seinem jüngsten Whitepaper öffentlich erklärt, dass das Unternehmen damit rechnet, bis zum Jahr 2028 die Schwelle von 28 % Wirkungsgrad zu überschreiten. Das Unternehmen geht davon aus, die TOPCon-Technologie weiterzuentwickeln und eine führende Position bei der Produktion und Herstellung hocheffizienter Photovoltaikmodule zu behaupten.
Auswirkungen auf die Branche
Die TOPCon-Technologie verfügt derzeit über einen Marktanteil von über 70 % in der globalen Photovoltaikindustrie, was auf ihre Kosteneffizienz und Kompatibilität mit bestehenden Herstellungsprozessen zurückzuführen ist. Dieser jüngste Effizienzdurchbruch zeigt, dass TOPCon-Zellen im industriellen Maßstab noch erheblichen Spielraum für Verbesserungen haben, was Annahmen über die Technologiereife in Frage stellt und die Roadmap für siliziumbasierte Solarzellen erweitert.
Die Errungenschaft bietet einen praktikablen technischen Weg, um die Lücke zwischen industrieller Produktion und theoretischen Effizienzgrenzen zu schließen und die Wettbewerbsposition von TOPCon auf dem globalen Solarmarkt weiter zu stärken. Da die Branche weiterhin eine höhere Effizienz und niedrigere Stromgestehungskosten fordert, spielen solche Innovationen eine entscheidende Rolle bei der Beschleunigung der globalen Energiewende.
